Energioptimering vid kartongtillverkning : En Simuleringsbaserad Analys av Värmeåtervinningstorn

I detta arbete har två nya värmeåtervinningstorn, AHR 4 och 5, kopplade till kartongmaskinen BM1 på Metsä Board Husum undersökts. I syfte att minska energianvändningen för BM1 utan att försämra produktkvaliteten har olika lösningar undersökts. Ett högtemperatur-värmepumps-system (HTHP) som kan skapa lågtrycksånga med hjälp av avluften från torkpartiet på BM1 undersöktes. Simuleringar utfördes i MATLAB med olika konfigurationer av HTHP-systemet med olika kylmedier för att hitta den mest effektiva lösningen. Det resulterade i ett system kopplat till AHR 4 som producerar 12,1 – 13,3 ton ånga/h med ett COP-tal på 1,8 – 2,0. Detta system kan ersätta 14 300 – 15 500 ton ånga under ett halvår vid ångbalansen under H1 första halvåret 2023., Aavluften från AHR 5 hade för låg temperatur för att användas som värmekälla till HTHP-systemet. Uppvärmning av vattenströmmar undersöktes också som ett alternativ för att energieffektivisera produktionen. Ett alternativ var uppvärmning av processvattnet på BM1. Processvattnet på en kartongmaskin kallas bakvatten och det delas upp i två olika system på BM1, ett för topp-/bottenskiktet och ett för mellanskiktet av kartongen. Mellanskiktets bakvattenuppvärmning kräver mest ånga för att nå börvärdestemperaturen. Här kan 13000 ton ånga besparas beräknat med ångbalansen under första halvåret 2023. En annan intressant restström är cirkulationsvattnet för ventilationssystemet. Med dimensionerade temperaturdifferensen för in och utgående vatten på 30/42°C kan värmeåtervinningssystemet producera 9700 kW värme till ventilationssystemet. Slutsatsen av detta arbete är att uppvärmning av mellanskiktets bakvatten är den enskilda lösningen som innebär störst energibesparing för BM1. Denna lösning i kombination med uppvärmning av cirkulationsvattnet ger högst total besparing. HTHP-systemet kan vara intressant för anläggningar som har brist på lågtrycksånga under längre perioder.
In this study, two new heat recovery towers, AHR 4 and 5, connected to the paperboard machine BM1 at Metsä Board Husum is investigated. With the aim of minimizing the energy usage of BM1 without compromising the product quality, various solutions have been considered. A high-temperature heat pump system (HTHP) which utilizes the exhaust air from the drying section of BM1 to generate low pressure steam was considered. Simulations were performed in MATLAB with different configurations and refrigerants to find the most efficient solution. This resulted in a system connected to AHR 4 that produces 12.1 – 13.3 tons of steam/h with a coefficient of performance (COP) of 1,.8 – 2,.0. This system can replace 14 300 – 15 500 tons of steam over a six-month period based on the steam balance during H1 the first half of 2023., Tthe temperature from the exhaust air from AHR 5 was too low to be used as a heat source for the HTHP-system. Heating of water streams were also considered as an alternative to energy optimizing the production process. One alternative was heating the process water at BM1, which is called white water. The white water is divided into two different systems on BM1, one for the top/bottom layer and one for the middle layer of the cardboard. Heating the white water of the middle layer requires the most steam to reach the target temperature. Here, 13000 tons of steam savings can be achieved based on the steam balance during the first half of 2023. Another interesting residual stream is the circulation water for the ventilation system. With a designed temperature difference for incoming and outgoing water of 30/42°C, the heat recovery system can produce 9700 kW of heat for the ventilation system. The conclusion of this work is that heating of the white water of the middle layer is the solution which, in isolation, results in the highest potential of energy savings for BM1. This solution, in combination with heating of the circulation water results in the highest